关于涡流电磁阻尼和电磁驱的优秀课堂教案(2)

时间:2021-08-31

  点评:总结课堂内容,培养学生概括总结能力。

  教师要放开,让学生自己总结所学内容,允许内容的顺序不同,从而构建他们自己的知识框架。

  (四)实例探究

  涡流的应用

  【例1】如图所示是高频焊接原理示意图.线圈中通以高频变化的电流时,待焊接的金属工件中就产生感应电流,感应电流通过焊缝产生大量热量,将金属融化,把工件焊接在一起,而工件其他部分发热很少,以下说法正确的是( )

  A.电流变化的频率越高,焊缝处的温度升高的越快

  B.电流变化的频率越低,焊缝处的温度升高的越快

  C.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小

  D.工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大

  解析:线圈中通以高频变化的电流时,待焊接的金属工件中就产生感应电流,感应电流的大小与感应电动势有关,电流变化的频率越高,电流变化的越快,感应电动势就越大。A选项正确。工件上焊缝处的电阻大,电流产生的热量就多,D选项也正确。

  答案:AD

  【例2】用丝线悬挂闭合金属环,悬于O点,虚线左边有匀强磁场,右边没有磁场。金属环的摆动会很快停下来。试解释这一现象。若整个空间都有向外的匀强磁场,会有这种现象吗?

  分析:只有左边有匀强磁场,金属环在穿越磁场边界时,由于磁通量发生变化,有感应电流产生,于是阻碍相对运动,摆动很快停下来,这就是电磁阻尼现象;空间都有匀强磁场,穿过金属环的磁通量反而不变化了,因此不产生感应电流,不会阻碍相对运动。

  (五)巩固练习

  1.如图所示,一块长方形光滑铝板水平放在桌面上,铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁,一质量分布均匀的闭合铝环以初速度v从板的左端沿中线向右端滚动,则( )

  A.铝环的滚动速度将越来越小

  B.铝环将保持匀速滚动

  C.铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极

  D.铝环的运动速率会改变,但运动方向将不会发生改变

  答案:B

  2.如图所示,闭合金属环从曲面上 h高处滚下,又沿曲面的另一侧上升,设环的初速为零,摩擦不计,曲面处在图示磁场中,则( )

  A.若是匀强磁场,环滚上的高度小于 h

  B.若是匀强磁场,环滚上的高度等于h

  C.若是非匀强磁场,环滚上的高度等于h

  D.若是非匀强磁场,环滚上的高度小于h

  答案:BD

  3.如图所示,在光滑水平面上固定一条形磁铁,有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动,如果发现小球做减速运动,则小球的可能是( )

  A.铁 B.木

  C.铜 D.铝

  答案:CD

  4.如图所示,圆形金属环竖直固定穿套在光滑水平导轨上,条形磁铁沿导轨以初速度v0向圆环运动,其轴线在圆环圆心,与环面垂直,则磁铁在穿过环过程中,做______运动.(选填“加速”、“匀速”或“减速”)

  答案:减速

  (六)作业

  1、认真阅读教材。

  2、思考并完成“问题与练习”中的习题。

  3、收集“涡流的利用和防止”方面的资料,在课下交流。

  (七)教学反思

  思维方法是解决问题的灵魂,是物理教学的根本;亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花,水中月。九、板书设计

  一、涡流

  当线圈中的电流发生变化时,这个线圈附近的导体中就会产生感应电流。这种电流看起来很像水的旋涡,所以叫做涡流。

  应用:真空冶炼炉、探雷器、安检门。

  二、电磁阻尼

  导体在磁场中运动时,感应电流使导体受到安培力的作用,安培力的方向总是阻碍导体的运动,这种现象称为电磁阻尼。

  三、电磁驱动

  磁场相对于导体运动时,感应电流使导体受到安培力的作用,安培力使导体运动起来,这种现象称为电磁驱动。

十、资料袋

  1.利用涡流加热和熔炼金属

  交变电流的磁场在金属内感应的涡流能产生热效应。这种加热方法与用燃料加热相比有很多优点,除课本所述外还有:加热效率高,达到50%~90%;加热速度快;用不同频率的交变电流可得到不同的加热深度,这是因为涡流在金属内不是均匀分布的,越靠近金属表面层电流越强,频率越高这种现象越显著,称为“趋肤效应”。

  工业上把感应加热依频率分为四种:工频(50 Hz);中频(0.5~8 kHz);超音频(20~60 Hz);高频(60~600 kHz)。工频交变电流直接由配电变压器提供;中频交变电流由三相电动机带动中频发电机或用可控硅逆变器产生;超音频和高频交变电流由大功率电子管振荡器产生。

  课本图16?41画的是无心式感应熔炉,用途是熔炼铸铁、钢、合金钢和铜、铝等有色金属.所用交变电流的频率要随坩锅能容纳的金属质量多少来选择,以取得最好的效果。例如: 5 kg的用20 kHz,100 kg的用2.5 kHz,5 t的用1 kHz乃至50 kHz.

  感应加热法也广泛用于钢件的热处理,如淬火、回火、表面渗碳等.例如齿轮、轴等只需要将表面淬火提高硬度、增加耐磨性,可以把它放入通有高频交流的空心线圈中,表面层在几秒钟内就可上升到淬火需要的高温,颜色通红,而其内部温度升高很少。然后用水或其他淬火剂迅速冷却就可以了.其他的热处理工艺可根据需要的加热深度选用中频或工频等。

  2.涡流与节能炊具电磁灶

  我们知道,把块状的金属放在变化的磁场中,或者让它在磁场中运动时,块状金属内将产生感应电流,这种电流在金属块内自成闭合回路,很像水的旋涡,叫涡电流,简称涡流.由于金属电阻小,所以涡流很强,(如图1所示)当交流电通过导线时,铁芯中就产生很强的涡流,这种强电流使铁芯发热,浪费电能.为了减少损失,电机、变压器等通常用具有绝缘层的薄硅钢片叠压制成铁芯,使回路电阻增大,减少涡流。  在各种电机、变压器中,涡流是有害的,我们要采取各种办法来减弱它,其实涡流也是可以利用的,工业上的高频感应炉就是利用涡流来熔化、冶炼金属的.这种冶炼方法速度快,温度容易控制,而且污染少,适应冶炼特种合金和特种钢。

  涡流也可以应用于生活.本文将要介绍的电磁灶就是涡流在生活中的应用。

  电磁灶首先把50 Hz的交流电通过桥式整流装置改换成直流电,然后通过逆变器,转换成15 kHz ~50 kHz的高频电流,此高频电流通过扁平螺旋形加热线圈(螺旋中心有圆环形磁芯)产生高频交变磁场,这个磁场的磁感线穿过非金属灶台面板进入烹饪铁锅底内,由于电磁感应产生电场,形成强大的涡流电流,发出大量的焦耳热,达到对食物加热的目的。